مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

ارائه مدل دیفرانسیلی پلی‌تروپیک به منظور ارزیابی عملکرد موتور استرلینگ با در نظر گرفتن مدل‌های مختلف انتقال حرارت در بازیاب

نویسندگان
1 دانشیار دانشکده مهندسی مکانیک
2 دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک
چکیده
یک مدل حرارتی دیفرانسیلی بمنظور شبیه سازی عملکرد حرارتی موتور استرلینگ ارائه گردیده است. در این مدل با ارزیابی واقعی تر عملکرد موتور، فرایند انبساط و تراکم پلی‌تروپیک جایگزین مدلهای هم دما و آدیاباتیک پژوهشهای پیشین شده و علاوه بر این اثر افت‌های مختلف موجود در موتور واقعی به منظور تصحیح مدل وارد مدل پلی-تروپیک توسعه داده شده گردیده است. برای این منظور اثر غیر ایده‌آل بودن بازیاب حرارتی در نظر گرفته شده و میزان حرارت بازیابی شده توسط بازیاب، تصحیح گردیده و غیر ایده‌آل بودن گرمکن و خنک‌کن مورد ارزیابی قرار گرفته است. سپس فشار در محفظه‌های موتور تصحیح گردیده و به منظور ارزیابی صحیح از کار تراکمی و انبساطی از روش تحلیل ترمودینامیک سرعت محدود استفاده شده است. در نهایت اثر انتقال حرارت به واسطه هدایت طولی در بازیاب، نشت جریان بین سیلندر و پیستون و اتلاف حرارتی پیستون (اثر شاتل) بین محفظه گرم و سرد، به مدل مورد نظر اعمال گردیده و مدل توسعه داده شده روی یک موتور استرلینگ نمونه موسوم به موتور GPU-3 بکار گرفته شده و دقت مدل دیفراسیلی بدست‌آمده با استفاده از نتایج آزمایشگاهی موجود، صحه‌گذاری شده و با مدلهای حرارتی قبلی مقایسه گردیده است. با توجه به تاثیر بسیار زیاد عملکرد بازیاب روی کارکرد موتور استرلینگ و توجه به وجود مدلهای حرارتی مختلف برای بازیاب، این مدلهای حرارتی مربوط به بازیاب در مدل پلی تروپیک آزمایش گردیده و از طریق مقایسه با نتایج آزمایشگاهی دقیقترین مدل حرارتی برای بازیاب معرفی گردیده است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Differential Polytropic Model for Simulation of Stirling Engines Considering Various Regenerators Models

نویسندگان English

Hoseyn Sayyaadi 1
Mojtaba Babaelahi 2
1 Associated Professor
2 PHD Candidate
چکیده English

A differential thermal model for simulation of Stirling engines was presented. In the new model polytropic expansion/compression processes were substituted to traditional isothermal or adiabatic models of previous studies. In addition, the developed polytropic model was corrected for various loss mechanisms of real engines. In this regard, the effect of non-ideal operation as well as heat recovery in the regenerator was considered. In addition, non-ideal heat transfer of heater and cooler were implemented into the model. In pressure analysis and evaluating work produced or consumed in cylinders, the effect of finite speed motion of piston was considered based the concept of finite speed thermodynamics. Moreover, the effects of heat leakage in regenerator, leakage effect and shuttle effect were evaluated. Finally, new differential polytropic model were employed on a benchmark Stirling engine so-called GPU-3 and accuracy of models was validated through comparing with experimental results as well as previous models. As thermal performance of Stirling engines are significantly affected by thermohydraulic performance of regenerator in one hand and there are various thermohydraulic models for regenerator, three famous thermohydraulic models of regenerator was integrated into models and through comparison with experimental performance of GPU-3 engine, a more accurate thermohydraulic model was introduced.

کلیدواژه‌ها English

Stirling Engines
Polytropic model
Differential thermal model
Finite Speed Thermodynamics
Regenerator